Электролизом очистка воды: Очистка воды электролизом

Очистка воды прямым электролизом

При прохождении воды через электролизер в результате  действия электрического тока происходит образование особых соединений. С их помощью воду можно обеззараживать во время ее течения. Данная технология обеззараживания воды без применения реагентов является сегодня самым перспективным направлением.

Научные предпосылки.

Очистка воды прямым электролизом при прохождении электрического тока вызывает электрохимические реакции. Таким образом, в воде образуются новые вещества. Также происходит изменение структуры межмолекулярных взаимодействий.

Экологические предпосылки.

Окислители во время электролиза образуются непосредственно из воды, что не требует их дополнительного внесения.

Экономические предпосылки.

Природную воду методом прямого электролиза можно обрабатывать при помощи блока электропитания и электролизёра. Дозирующие насосы, реагенты в данном случае не нужны. При прямом электролизе природной воды затраты электроэнергии составляют около 0,2 кВт/м³.

Нормативные предпосылки.

Обеззараживание воды прямым электролизом рекомендуется СНиП 2.04.02-84 в том случае, если в воде содержится не менее 20 мг/л хлоридов. При этом ее жесткость выражается в показателе не больше 7 мг-экв/л. Такую обработку могут производить станции, производительность которых составляет 5 000 м³ в сутки.

Очистка и обеззараживание воды прямым электролизом

Прямой электролиз идеально подходит для очистки природных вод. Во время этого процесса образуются несколько окислителей, например, озон и кислород. Любая природная вода содержит хлориды в разной степени, поэтому в процессе прямого электролиза образуется свободный хлор.

Электролизные установки  базируются на модульности. Производительность электролизного оборудования можно увеличить за счет увеличения количества модулей. Модули с мощностью 5 или 12 кг активного хлора в сутки имеют сейчас повышенный спрос. Модули с производительностью от 20 до  50 кг активного хлора  в сутки применяются на объектах с большей мощностью.

Электролиз воды сопровождается серией электрохимических реакций, в результате которых в воде происходит синтез окислителей. Основными реакциями электролиза воды является образование кислорода O₂ и водорода H₂, а также гидроксид иона OH¯:

на аноде 2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻ (1)

на катоде 2H₂O + 2e → H₂↑ + 2OH¯ (2)

При электролизе воды также образуются озон O₃ и перекись водорода H₂O₂:

на аноде 3H₂O → O₃↑ + 6e⁻ + 6H⁺ (3)

на катоде 2H₂O + O₂ + 2e⁻ → H₂O₂ + 2OH⁻ (4)

В присутствии хлоридов при электролизе воды образуется растворённый хлор:

на аноде 2Cl^– → Cl₂+2e^– (5)

Растворённый хлор Cl₂, реагируя с водой и гидроксид ионом, образует хлорноватистую кислоту HClO:

Cl₂ + H₂O → HClO + H⁺ + Cl¯ (6)

Cl₂ + OH¯ → HClO + Cl¯ (7)

Разложение хлорноватистой кислоты HClO в воде приводит к образованию гипохлорит иона:

HOCl ↔ H⁺ + OCl¯ (8)

Из приведённых выше реакций следует, что при электролизе воды образуется ряд окислителей:

кислород O₂,

озон O₃,

перекись водорода H₂O₂,

гипохлорит ион OCl¯.

Появление при электролизе воды OH-радикалов, H₂O₂ и O₃ приводит к образованию других сильных окислителей, таких как O₃¯, O₂¯, O¯, HO₂, HO₃, HO₄ и др.

Компания «Принцип-Сервис» г. Краснодар данное оборудование изготавливает по следующим принципам:

• функциональность. Все оборудование и каждый узел выполняют главную задачу по получению реагента;
• экологическая безопасность при использовании электролизных установок по сравнению с газообразным хлором. Безопасная работа обслуживающего персонала;
• легкость в эксплуатации, поэтому с данным оборудованием может работать даже персонал со средним образованием;
• надежность. Для изготовления оборудования применяются в большинстве своем пластиковые материалы. Насосы и другие механические агрегаты не используются;
• экономичность. Затраты на получение гипохлорита натрия методом электролиза включают в себя стоимость электроэнергии, соли, воды в установке. Также сюда входят расходы на профилактическое обслуживание оборудования. Специальной подготовки воды, например, ее декарбонизации, не требуется. Вместе с гипохлоритом происходит ее возврат в воду, проходящую обработку. Это позволяет стоимость воды не учитывать вообще. Так как в процессе используется обычная и неочищенная соль, то она также практически ничего не стоит;
• эффективность означает наименьшие затраты при получении конечного результата. Данная установка позволяет получить гипохлорит натрия с концентрацией 5 г. активного хлора в 1л в первые 2 часа;
• прозрачность. Наблюдать за процессом синтеза и состоянием электродного пакета позволяет прозрачный пластик. Для изготовления важных гидравлических коммуникаций также применяются материалы высокой прозрачности.  

Оборудование промышленной очистки воды, водоподготовки и озонирования — Электролиз при очистке воды

Сущность процесса электролиза при очистке воды, стоков, очистки воды в бассейнах и других искуственых водных объектах достаточно проста: за счет положительного и отрицательного заряда на катоде и аноде и с использованием химического реагента (соли поваренной, морской соли) происходит осаждение вредных элементов в установке обеззараживания воды. Вода очищается.

Все процессы электролиза основаны на законах электролиза Фарадея, который мы не станем приводить, вы легко найдете его самостоятельно.

Как указано в википедии: Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

В чем различие этих процессов?

Электрофлотация — метод очистки воды от нерастворимых веществ. В процессе электрофлотации нерастворимые загрязняющие вещества поднимаются на поверхность сточной воды, переносимые всплывающими микропузырьками электролитических газов. Метод наиболее широко применим при очистке воды в производстве, особенно производстве цветных металлов, нефтепереработке и др.

Электрокоагуляция — осаждение смесей при воздействии на них постоянного тока, с получением осадка. Применяется при очищении оборотных вод в системах обработки шламов на горно-рудных и обогатительных предприятиях. Технология требовательна к количеству используемой воды. Также может использоваться при очистке вод крупных жилых зон и объектов.

Рисунок 2. Электролиз воды методом электрокоагуляции, очистка сточных вод промышленных предприятий. Схема установки.

1 — усреднитель; 2 — бак для приготовления раствора; 3 — источник постоянного тока; 4 — электрокоагулятор; 5 — отстойник; 6 — аппарат для обезвоживания осадка

Ионизатор воды (электролизер) — принцип действия. Ионизаторы и активаторы. Различия и сущность.

Электролиз воды (электролизная очистка стоков) может встречаться в литературе и на сайтах под названием ионизация или активация воды. Однако, более точное название все же  электролиз, так как оно передает физический смысл процесса очистки. В чем отличие электролизера от ионизаторов воды?

Ионизатор разделяет воду на щелочную и кислотную (pH, соответственно больше 8 и меньше 6). Возможно, вы слышали о “живой” и “мертвой” воде, так это  про щелочную и кислотную воды соответственно. Ионизатор это прибор с несколькими (минимум 2) электродами в водно-солевом растворе.

Электролизер

Основной принцип ускорения процессов электролиза — чем больше пластин электродов тем быстрее протекает процесс. Соответственно, стоимость прибора увеличивается.

Электролиз воды возможен только при наличии в воде солей, (натрия, кальция, магния и пр.) При этом важно наличие достаточного количества слей, для этого их приходится добавлять, и порой они становятся основным расходным материалом, помимо воды и электричества, например при очистке воды в бассейнах.

Наиболее часто встречающиеся в воде соли это сульфаты кальция, магния, гидрокарбонаты, поваренная соль (NaCL).
При растворении в воде соли распадаются на ионы со своим зарядом.
В очищаемой воде находятся следующие ионы:
— Mg2+ ,Na+, Ca2+, K+ , H+ (плюс означает положительный заряд)
— SO42-, Cl-, HCO3-, OH-.
Под действием постоянного тока ионы перемещаются к электроду с зарядом противоположным иону.
При этом материал электродов не должен участвовать в процессе. Электроды из платины или иридия дороги, поэтому их делают с покрытием из этих металлов и качество электролизера будет зависеть от качества покрытия.

Т.к. все металлы, ионы которых имеются в нашей питьевой воде — Ca, Mg, Na, K — стоят в ряду напряжений металлов левее алюминия включительно, то на катоде металл не восстанавливается, а восстанавливается водород из воды. Это происходит так:
На катоде (-) 2 молекулы воды соединяются с электронами и образуется газ водород и ионы OH- — т.е щелочная среда : K(-) 2h3O + 2e‾ → h3 + 2OH-

Генераторы водородной воды без протонообменной мембраны — это по сути простейшие электролизеры (ионизаторы) с 2 электродами без перегородки из бумаги или пергамента.

Подробности

Категория: Электролизеры Электролизеры

• Назад

• Вперёд

Мембраны, УФ-свет и электролиз.

По мере того, как сообщества во всем мире пытаются найти достаточное количество безопасных источников воды для жителей, возрастает потребность в технологиях фильтрации воды с рациональным использованием ресурсов. В некоторых случаях исследователи ищут способы очистки воды без вредных химических веществ. В других случаях потребности в инновациях обусловлены большим количеством используемой энергии и образования сточных вод при очистке воды. Это повышенное внимание к проблемам привело к некоторым многообещающим событиям.

Мембранная фильтрация воды существует уже много десятилетий, но последние достижения делают ее более энергоэффективной. В этой системе вода под высоким давлением пропускается через ряд специальных мембран для удаления из воды всех примесей. Этот метод позволяет получать сверхчистую воду, которая используется во многих областях, включая производство мобильных телефонов. Это также тот же процесс, который используется в системах обратного осмоса.

Домовладельцы часто предпочитают фильтрацию воды обратным осмосом. Они считают его рентабельным и ценят чистоту воды, которую он производит. Удаляет даже неприятные запахи и запахи. Однако в больших масштабах, например, в промышленных условиях или при очистке сточных вод, это становится чрезвычайно дорогим.

Чтобы протолкнуть большое количество воды через ряд мембран, необходимо, чтобы вода находилась под чрезвычайно высоким давлением. Это требует больших затрат энергии. Таким образом, любые финансовые сбережения, которые компании получают от повторного использования сточных вод, тратят их на покупку энергии. Однако новое исследование этого метода выявило несколько возможных способов использования методов обратного осмоса более энергоэффективным образом.

УФ-излучение как заменитель хлора

Водоочистные сооружения всех видов используют хлор для очистки воды, но этот метод сопряжен с множеством различных опасностей. Во-первых, хлор необходимо транспортировать и добавлять в воду. Это означает, что химические ожоги и разливы являются постоянным риском. Это также удорожает фильтрацию и очистку воды. Кроме того, возможны осложнения со здоровьем, вызванные многолетним потреблением хлора. Заменив это химическое вещество ультрафиолетовым светом, эти проблемы исчезнут.

Ультрафиолетовый свет использует процесс, называемый инактивацией, для уничтожения патогенов, передающихся через воду. Для этого свет повреждает ДНК этих микроорганизмов, чтобы предотвратить их размножение. Этот метод очистки воды не требует большого резервуара для воды, не создает побочных продуктов, запаха или вкуса. Лучше всего то, что рН и другие характеристики воды остаются неизменными, поэтому она не требует дополнительной обработки. Это не относится к хлору и другим химическим веществам для очистки. Очистка ультрафиолетовым светом уже является довольно эффективным методом, но исследователи ищут способы уменьшить количество энергии, необходимой для того, чтобы сделать эту технологию более доступной для развивающихся стран.

Электролиз для очистки сточных вод

В настоящее время проводится тестирование сточных и паводковых вод. Электролиз стал реальной возможностью в мире крупномасштабной фильтрации воды. Основанная на той же научной концепции, что и таблетки для очистки воды, эта технология одновременно расщепляет водород и кислород, убивая патогены. В качестве побочных продуктов он создает чистую воду, водород, кислород и твердые отходы, с которыми можно легко справиться безопасным способом. Некоторые эксперты даже считают, что водород, образующийся в ходе этого процесса, может быть использован в качестве топлива, если технология получит более широкое распространение.

Электролиз имеет потенциал в качестве технологии очистки воды и в других областях. Некоторые исследователи надеются, что он сможет очищать паводковые воды. Это может спасти жизнь в таких районах, как Бангладеш, где иногда месяцами может не быть регулярного доступа к чистой воде. Ажиотаж вокруг потенциала этой технологии побудил некоторых домовладельцев построить собственные системы очистки электролизом.

Мембраны, УФ-излучение и электролиз показали себя как эффективные методы фильтрации воды. И с продолжающимися исследованиями в этой области они обязательно улучшатся. На данный момент домовладельцы могут выбрать системы обратного осмоса или УФ-освещения, чтобы решить свои проблемы с водой.

водоподготовка – основные принципы электролиза – определения

фундаментальные физико-химические технологические процессы, применимые к водоподготовке основные принципы электролиза – определения применения водоподготовки

Время считывания: 10 минут

Применение разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролитическую ванну (раствор, содержащий ионы), создаст направленное электрическое поле, в котором ионы будут двигаться: катионы будут двигаться к катоду, а анионы к аноду. При приложении достаточно сильного напряжения на границах электролит-электрод протекают следующие реакции:

Щелкните здесь, чтобы создать учетную запись для просмотра иллюстраций

Рисунок 46. Механизм электролиза

• на аноде: окисление, сопровождающееся эмиссией электронов

• на катоде: восстановление, сопровождающееся захватом электронов

Уравнение Нернста

Когда электрод остается в электролите (при нулевом токе), он приобретает напряжение E _{. Это напряжение, возникающее, когда присутствующие виды находятся в равновесии, называется равновесный потенциал и подчиняется уравнению Нернста (см. раздел окисление-восстановление).}

где :

E _{0 :} равновесный потенциал электрода по отношению к стандартному водородному электроду,
E ^{0 :} Равновесный потенциал электрода при стандартных условиях (активность окисляющих и восстановительных частиц равна единице ),
R: молярная постоянная идеального газа,
F: постоянная Фарадея,
T: абсолютная температура,
n : количество электронов, участвующих в электрохимическом процессе,
Aox: активность окисляющих частиц,
Ared: активность восстановительных частиц.

В таблице 15 приведены значения стандартных равновесных потенциалов для нескольких электрохимических пар (при 25°C по отношению к стандартному водородному электроду).

Щелкните здесь, чтобы создать учетную запись для просмотра иллюстраций

Таблица 15. Шкала Нернста для нормальных равновесных потенциалов

Напряжение электролиза

Когда электролизер работает нормально, напряжение V подчиняется закону, который имеет следующую форму:

где:

E _0: равновесный потенциал электрода,
с: перенапряжение электрода,
rI: омическое падение, вызванное удельное сопротивление электролита.

Закон Фарадея

Закон Фарадея выражает зависимость, которая связывает количество электричества, прошедшего через электролизную ячейку, с амплитудой реакций, происходящих на границе электрод-электролит:

где :

P: масса компонента, участвующего в реакции (г),
R _F .